智能家居中的無線數據傳輸方案

　　智能家居(英文：smart home, home automation)是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。

　　無線數據傳輸是指利用無線數傳模塊將工業現場設備輸出的數據或者各種物理量進行遠程傳輸，可以進行無線模擬量采集也可以進行無線開關量控制，如果傳輸的是開關量，可以做到遠程設備遙測遙控。

　　智能家居中的無線數據傳輸方案簡介：

　　目前，智能家居可為用戶提供家居安全報警、可視對講、家電、照明調光、設備的室內外遙控、電話遠程控制、INTERNET遠程控制等多種功能。產品類型包括有線、無線或者有線和無線結合，無線方式具有無布線，移動，安裝方便、應用場合廣等優點逐漸成為應用主流。

　　采用IAI公司的無線系列芯片結合MICROCHIP的PIC系列單片機已開發出一系列的智能家居方案，如小區的水氣無線抄表方案、家居終端無線開關方案、無線燈光控制方案、終端控制器大屏幕界面QVGA方案、終端INTERNET接入方案等等。IAI公司的無線芯片系列具有集成度高、外圍元件少、功耗低、性能穩定可靠等特點，芯片內部集成了FSK無線收發必需的全部功能模塊，包括多邊帶PLL合成器、PA、LNA、混頻器、基帶濾波器、中頻放大器、信號強度指示RSSI、數據質量偵測DQD、電池電壓偵測、AFC和微控制器等，同時MICROCHIP的PIC系列芯片單片機具有低功耗、高穩定性、抗干擾性好等特點。為此我司采用IA4421芯片已開發了兩種小通訊模塊PHY和EV-IA4421-433M-3，可以為用戶提供串口或者SPI接口,方便用戶使用和開發。

　　本文從軟、硬件兩方面介紹一款智能燈光控制方案，該方案分為手持RF遙控和燈光控制兩部分，可以通過手持設備實現家居燈光明暗的調節、全開全關、定時控制和軟啟功能。

　　本文介紹的智能化燈光控制方案，可以通用到任一智能家居設計方案中，方便的應用于各種智能家居系統上。

　　燈光控制部分硬件組成框架：

　　

 

　　2.1非隔離電源電路為MCU和無線模塊提供工作電壓，采用PI的LinkSwitch-TN，由于功率MOSFET和控制器集成在一個IC當中，設計過程可得到極大地簡化。電路路中所用元件數目很少，無需變壓器，即可以利用設計速成部分，使用標準元件完成常用輸出電壓和電流的設計。

　　

 

　　2.2無線模塊連接電路，PHY只需使用5個I/O口即可工作，同時采用SPI兼容的控制接口作為數據通訊接口，我們測試板也正是使用這種方式與PHY模塊進行連接的。各個接口功能如下：SCK：SPI串口時鐘輸入;SDI：SPI串口數據輸入;NSEL：SPI片選輸入(低電平有效);SDO：SPI串口數據輸出;NIRQ：中斷請求輸出(低電平有效);PHY模塊用作數據。該模塊具有體積小、功耗底等優點，非常適合用于無線設備上。

　　

 

　　2.3調光模塊電路，包括一個EMI濾波器、一個無源功率因數校正、鎮流器控制和燈諧振輸出級，輸出級采PWM輸出驅動信號，通過驅動變壓器驅動半橋MOS管，實現燈光的控制。

　　

 

　　手持RF遙控部分硬件組成框架：

　　3.1按鍵電路如圖所示

　　

 

　　4*4輕觸按鍵作為用戶的輸入，用戶按鍵的輸入判斷是采用普通的I/O方式。具體每個按鍵定義為,可以根據開發著設計需要而定。

　　3.2無線模塊連接電路與手持RF無線模塊的電路與燈光控制部分基本一樣，電路如圖3所示，都是使用SPI方式與無線模塊通信。

　　3.3電源電路如圖所示，手持遙控使用5V～9V干電池為系統供電。

　　

 

　　燈光控制部分軟件組成框架：

　　4.1 MCU初始化函數：包括MCU定時器的設置、PWM設定、中斷設置和各個I/O口的輸入、輸出設置等等。

　　4.2 IA4421初始化：對IA4421各個寄存器進行設定，包括頻率、發送速率、發送功率、頻偏等設置。

　　4.3主循環程序：主要包括無線信號的檢測和工作電流電壓的檢測。

　　主循環程序是軟件的基本控制部分，為一個無限循環程序，通過這一系列的管理函數，不斷的檢測事件的發生并執行相應的功能操作。包含許多子程序，諸如：Check if it’s time to execute events(定時器時間事件處理)、通信握手識別、地址識別、PWM輸出處理、電流電壓采樣處理、電源管理等等。

　　

 

　　手持RF遙控部分軟件組成框架：

　　軟件流程圖如圖所示，軟件系統包括：MCU初始化、變量初始化、IA4421初始化、主程序的循環檢測。

　　主循環程序包括用戶按鍵輸入檢測、無線數據發送、無線信號的接收和反饋數據的處理，正確發送用戶輸入的信息以及把燈光控制狀態及時反饋回手持設備，讓用戶一目了然。

　　智能家居發展趨勢：

　　隨著智能家居的迅猛發展，越來越多的家居開始引進智能化系統和設備。智能化系統涵蓋的內容也從單純的方式向多種方式相結合的方向發展。但較之于歐美發達國家，我國的我國智能家居系統起步稍晚，所以市場主流的產品(系統)還無法很好地解決產品本身與市場需求的矛盾，使得智能家居市場的僵冰還沒有被完全打破，所以很大程度上阻礙了智能家居產業的發展。在此情形之下，從產品(系統)的技術角度上看什么才是解決這個難題的方法?據市場調研顯示，只有智能家居交互平臺才是最好的手段之一。

　　而隨著云技術的發展，市面上出現了將云語音控制融入到控制系統的智能家居控制軟件，不需要專業的設備，任意一臺智能手機或是平板電腦安裝上軟件即可，其兼容windows 、IOS、 android系統，開啟手機軟件，啟用監聽模式，在聲場的覆蓋的范圍內，即可與系統對話控制電氣設備，更強大的是該系統還可以接入互聯網系統，進行日常信息查詢，瀏覽網頁，搜索音樂等功能，整個交互的過程，可以是全語音也可以是屏幕顯示。

　　智能家居可以成為智能小區的一部分，也可以獨立安裝。

　　中國人口眾多，城市住宅也多選擇密集型的住宅小區方式，因此很多房地產商會站在整個小區智能化的角度來看待家居的智能化，也就出現了一統天下、無所不包的智能小區。歐美由于獨體別墅的居住模式流行，因此住宅多散布城鎮周邊，沒有一個很集中的規模，當然也就沒有類似國內的小區這一級，住宅多與市鎮相關系統直接相連。這一點也可解釋為什么美國仍盛行ADSL、Cable Modem等寬帶接入方式，而國內光纖以太網發展如此迅猛。因此歐美的智能家居多獨立安裝，自成體系。而國內習慣上已將它當作智能小區的一個子系統考慮，這種做法在前一階段應該是可行的，而且是實用的，因為以前設計選用的智能家居功能系統多是小區配套的系統。但智能家居最終會獨立出來成為一個自成體系和系統，作為住宅的主人完全可以自由選擇智能家居系統，即使是小區配套來統一安裝，也應該可以根據需要自由選擇相應產品和功能、可以要求升級、甚至你對整個設計不感興趣，完全可以獨立安裝一套。我們的觀點是，智能家居實施其實是一種“智能化裝修”，智能小區只不過搭建了大環境、完成了粗裝修，接下來的智能化“精裝修”要靠自己來實施。